Prüfstand für die Entwicklung von Brennstoffzellen bei IAV Neuer Hochleistungsprüfstand für Brennstoffzellenstapel und -systeme Um die Ziele zur CO2-Reduzierung zu erreichen, stellen Brennstoffzellenantriebe eine aussichtsreiche Variante dar. Insbesondere die höhere Reichweite und kurze Betankungsdauer im Vergleich zu reinen Elektrofahrzeugen lassen die Vorteile der Technologie für den Endkunden spürbar werden. Auf dem IAV-Prüfstand in Gifhorn lassen sich Lebensdauerraffzyklen ebenso gut nachbilden wie dynamische Fahrzyklen zur Bewertung der Performance des Prüflings. Charakterisierung des Brennstoffzellenstapels Die Charakterisierung des Brennstoffzellenstapels auf dem Prüfstand gibt Aufschlüsse über das Betriebsverhalten im Brennstoffzellensystem für den Fahrzeugeinsatz. Durch Kenntnis der Einflussparameter können zum Beispiel Optimierungen der Betriebsführung zu einer Steigerung der Lebensdauer und Performance des Gesamtsystems durchgeführt werden. Die dynamische Regelbarkeit der Betriebsparameter ermöglicht es, den Brennstoffzellenstapel unter fahrzeugnahen Dynamikanforderungen zu testen. Funktionsentwicklung für das Brennstoffzellensystem Die Erkenntnisse aus den Erprobungen des Brennstoffzellenstapels können direkt in die Entwicklung systemrelevanter Funktionen überführt werden. Die Umsetzung und Erprobung neuer Funktionen sowie die Erstellung und der Abgleich von vorhandenen Modellen sind Kernaufgaben der Entwicklungsarbeit bei IAV. Die Aufnahme des Prüfbetriebs Anfang 2017 eröffnet den IAV-Kunden ein breites Spektrum an Prüfmöglichkeiten für die Komponenten des Brennstoffzellensystems. Dabei bearbeitet IAV sowohl Fragestellungen der Serienentwicklung als auch vorentwicklungs- und forschungsrelevante Themen. Zukunft auf dem Prüfstand Der IAV-Prüfstand für Brennstoffzellen ist modular konzeptioniert. So können neben dem jeweiligen Einzelbetrieb von wahlweise Brennstoffzellenstapel oder -system auch spezifische Komponenten des Brennstoffzellensystems untersucht werden. Brennstoffzellenstapel bis 180 kW Brennstoffzellensysteme bis 150 kW Prüfstand für Hochleistungsund dynamische Aufgaben IAV GmbH Carnotstraße 1 · 10587 Berlin [email protected] +49 5371 80-53745 Die Erprobung auf dem Prüfstand ist ein wichtiger Schritt in Richtung Serieneinführung von Zukunftstechnologien wie der Brennstoffzelle. Der neue Prüfstand für Entwicklung von Brennstoffzellen bei IAV in Gifhorn ist mit den ausgewiesenen Spezifikationen bestens für die Durchführung der notwendigen Erprobungsarbeiten vorbereitet. So lassen sich beispielsweise die zugeführten Medien in weiten Betriebsbereichen konditionieren, um so den Einfluss von Druck, Temperatur und Feuchtemanagement auf die Performance des Brennstoffzellenstapels zu ermitteln. Im Wasserstoffkreislauf des Prüfstands lässt sich zusätzlich Stickstoff beimischen, um die Auswirkungen der im Brennstoffzellensystem auftretenden Stickstoffdiffusion zu analysieren. Zur detaillierten Analyse der Stapelcharakteristika, etwa der internen Widerstände, stehen ein hochdynamisches Einzelzellspannungsmesssystem sowie ein Impedanzmesssystem zur Verfügung. Durch die Kopplung von Prüfstand und IAV-eigener Gesamtfahrzeugsimulation können verschiedene Betriebsstrategien und deren Einfluss auf Fahrzeugkennwerte wie Wasserstoffverbrauch und Reichweite untersucht werden. 70 130 60 120 50 110 40 100 30 90 20 80 10 70 0 1.530 1.550 1.570 1.590 1.610 Geschwindigkeit [km/h] Leistung [kW] Vorschau Brennstoffzellenprüfstand mit Prüfling 60 1.630 Zeit [s] 3.500 130 3.000 120 2.500 110 2.000 100 1.500 90 1.000 80 500 70 0 1.530 1.550 1.570 1.590 1.610 Geschwindigkeit [km/h] Volumenstrom [nlpm] Simulation Brennstoffzellenleistung im WLTC 60 1.630 Die wichtigsten Spezifikationen des Prüfstands im Überblick Spitzenleistung Brennstoffzellensystem: Spitzenleistung Brennstoffzellenstapel: Maximale Spannung: Maximaler Strom: Maximale Kühlleistung: Maximal möglicher Volumenstrom Luft: Maximal möglicher Volumenstrom Wasserstoff: Regelgenauigkeit zugeführter Medien: Taupunkt der zugeführten Medien: 150 kW 180 kW 1.000 V 1.000 A 250 kW 10.000 nlpm 4.100 nlpm ≤1 % FSR bis 80 °C Systembetrieb Stickstoffbeimischung bis zu Mediendrücke Systembetrieb Wasserstoff, Stickstoff Luft 220 nlpm 1–20 barabs 0,6–1 barabs Zeit [s] Stapelbetrieb 1,7 130 1,6 120 1,5 110 1,4 100 1,3 90 1,2 80 1,1 70 1 1.530 Geschwindigkeit [km/h] Volumenstrom [nlpm] Änderungen vorbehalten, Stand: V 10/2016 Simulation Luftvolumenstrom im WLTC Stickstoffbeimischung bis zu Mediendrücke Systembetrieb Wasserstoff, Stickstoff Luft Dynamik t90 Volumenströme t90 Drücke t90 Temperaturen t90 Taupunkte 220 nlpm 1–4 barabs 1–4 barabs 1s 1s 5s 3s 60 1.550 1.570 1.590 Zeit [s] 1.610 1.630 Simulation Stapeleintrittsdruck im WLTC www.iav.com
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